Проектирование печатных плат

Печатная плата (ПП) является основным элементом любого современного электронного устройства. Поэтому разработка печатных плат является важным этапом конструирования электронной аппаратуры.

Виды плат

В большинстве случаев ПП представляет собой диэлектрическую пластину, на поверхности или в объеме которой сформированы электропроводящие проводники. Такая плата предназначена для установки на ней электронных компонентов и соединения их (обычно пайкой) в соответствии с заданной электрической схемой.

Существуют следующие виды ПП:

• одно и многослойные. Многослойные платы используются в более сложных и ответственных схемах. Они имеют ряд преимуществ. В частности, в таких платах легче подвести питание к каждому элементу схемы (через отверстие), в них лучше подавляются электромагнитные и радиочастотные помехи;
• с переменной толщиной;
• с металлической подложкой. Такая плата может потребоваться для лучшего рассеивания тепла в мощных приборах;
• силовые. Используются в устройствах питания, когда в цепях действуют высокие напряжения, а через соединительные проводники протекают большие токи;
• высокочастотные. Используются в устройствах СВЧ, где требуются диэлектрики с малыми СВЧ потерями;
• бессвинцовые. Благодаря отсутствию свинца такие платы являются экологичными и безопасными для окружающей среды.

Технологические методы изготовления

При изготовлении ПП используются, в основном, два технологических метода:

• субтрактивный;
• аддитивный.

В первом случае в качестве подложки используются фольгированные изоляционные материалы. В процессе изготовления ПП на фольгу стойкой к растворам травления краской наносится рисунок проводящих проводников. Затем путем травления производится удаление лишней (незащищенной маской) фольги. Рисунок наносится с помощью фотолитографии, трафаретной печати или других методов.

Во втором случае на подложку без фольги наносятся токопроводящие цепи. При этом используются:

• перенос рисунка, предварительно выполненного на листе из металла;
• нанесение токопроводящих красок или паст;
• напыление в вакууме;
• выштампование проводников.

Кроме того, в процессе изготовлении ПП с соединительными проводниками и металлизированными отверстиями используются комбинированные методы.

Этапы проектирования

Основные этапы проектирования ПП включают:

• Сбор исходных данных
• Создание библиотеки компонентов.
• Предварительную компоновку.
• Трассировку.
• Моделирование.
• Верификацию.
• Приемку-сдачу.

На первом этапе разработчик получает от заказчика основные материалы – принципиальную схему блока, перечень элементов и таблицу требований. На втором этапе в случае отсутствия в библиотеке какого-либо радиоэлемента создается его символьный и технологический образ (посадочное место), которые помещаются в общую библиотеку.

Предварительная компоновка включает размещение элементов на плате согласно требованиям, фиксацию элементов, требующих жесткого расположения, предложения по изменению габаритов изделия, уточнение необходимости лишних соединений и тестовых точек.

На данном этапе заказчик получает для согласования 3-D модель платы.

Трассировка предполагает выполнение следующих этапов:

• определение числа слоев;
• размещение соединений по слоям платы;
• определение порядка соединений в каждом слое;
• получение конфигурации проводников.

При этом должны выполняться требования по равномерному распределению проводников в монтажной области, а также требования по минимизации длины параллельных участков, числа пересечений и изгибов проводников, суммарной их длины.

Выполнение первого и второго требований увеличивает помехоустойчивость схемы, выполнение последнего требования позволяет сократить задержку сигнала в цепи и увеличить скорость его передачи.

На этапе моделирования выполняются расчеты по:

• целостности сигналов;
• электромагнитной совместимости;
• тепловому режиму;
• выполнению требований к источнику питания.

На этапе верификации производится оценка системы экспертами с целью минимизации ошибок.

Последний этап приемки – сдачи включает оформление и передачу заказчику конструкторской документации (КД), включающей:

• файл проекта в выбранной среде проектирования;
• файлы для изготовления ПП (например, Gerber 274-X, CAM350);
• КД, включающую сборочный чертеж, спецификацию и чертеж платы, выполненные в соответствии с ЕСКД или другими требованиями заказчика.

Использование ПО

Для автоматизации проектирования ПП используется большое количество различных программ. Наиболее известной в России является система P-CAD. Эта программа автоматизированного проектирования ПП для электронных и вычислительных средств может выполнять разработку ПП, включая размещение схемных компонентов, трассировку проводников, подготовку документации, оценку целостности сигналов и искажений.

Комплекс состоит из основных программных модулей:

• редактора электрических схем (P-CAD Schematic);
• редактора трассировки (P-CAD PCB).

Имеются также дополнительные модули:

• менеджер библиотек,
• редактор символов элементов;
• редактор посадочных мест и корпусов элементов.

В настоящее время эта система устарела, и на смену ее пришел программный комплекс Altium Designer. Эта программа позволяет проектировать ПП любой сложности. К ее достоинствам можно отнести возможности автоматического и интерактивного размещения компонентов, разработки 3D модели готовой платы, наличие дополнительного трассировщика Situs, позволяющего разводить ПП с большой плотностью. Недостатком является довольно большая цена.

Бесплатными аналогами программы Altium Designer являются более простые программы DesignSpark PCB и Kicad.

---

---

Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи